авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Прочность и жесткость изгибаемых железобетонных элементов с трещинами при коррозионных повреждениях

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Никитин Станислав Евгеньевич

ПРОЧНОСТЬ И ЖЕСТКОСТЬ ИЗГИБАЕМЫХ

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С ТРЕЩИНАМИ

ПРИ КОРРОЗИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЯХ

Специальность 05.23.01 Строительные конструкции,

здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2012

Работа выполнена на кафедре строительных конструкций и материалов ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический
университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, старший научный сотрудник Белов Вячеслав Вячеславович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Веселов Анатолий Александрович (Санкт-Петербургский государственный Архитектурно-строительный университет, профессор)
кандидат технических наук Бенин Андрей Владимирович (Петербургский государственный университет путей сообщения, заведующий лабораторией)
Ведущая организация: ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники им. Б.Е.Веденеева», Санкт-петербург

Защита диссертации состоится «24» мая 2012 г. в 1430 часов на заседании диссертационного совета Д 212.223.03 при ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4, зал заседаний (ауд. 219 главного корпуса).

Факс: (812) 316-58-72.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет».

Автореферат разослан « » апреля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Л.Н. Кондратьева

I.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Разрушающему воздействию агрессивных атмосферных и производственных сред подвергается большинство строительных конструкций. Из-за необходимости ремонтов и усиления конструкций ущерб от этих воздействий превышает 5% общемирового валового дохода. В Российской Федерации указанные потери оцениваются в настоящее время в 20 - 25 млрд. рублей ежегодно. В том числе, парирование этой глобальной угрозы затруднено из-за неполноты соответствия современным вызовам имеющейся научно-методической базы.

Нормы проектирования бетонных и железобетонных конструкций, обеспечивая приемлемый в целом технико-экономический уровень проектных решений, явно недостаточно уделяют внимания вопросам эксплуатационной надежности сооружений. Влияние агрессивных сред и режимов на сопротивление железобетона учитывается косвенно и чрезмерно обобщенно, используя аппарат коэффициентов надежности. Прямая оценка проектного ресурса возводимых либо остаточного ресурса эксплуатируемых зданий и сооружений из железобетона существующими Нормами не регламентируется. При этом тематические исследования, главным образом, сосредоточены на проблемах защиты конструкций от коррозии либо преодоления последствий коррозионных повреждений. Однако, такой подход не позволяет рационально использовать ресурсные возможности железобетона и зачастую экономически не оправдан из-за чрезмерности затрат и ограниченности срока службы сооружения.

Помимо материальных издержек нерешенность вопросов прогнозирования предельных состояний железобетонных конструкций при совместных силовых и средовых воздействиях чревата гуманитарным и экологическим ущербами. Статистика аварий и чрезвычайных ситуаций на строительных объектах прямо свидетельствует о наличии здесь неуправляемых технических рисков.

Насущность рассматриваемых проблем подтверждается также направленностью целевых исследовательских программ, тематикой отраслевых периодических изданий и повестками дня специализированных научно-технических конференций. Так, одним из приоритетных направлений фундаментальных исследований РААСН в 2010-2015г.г. является “Разработка теоретических основ конструктивной безопасности конструкций зданий, сооружений и строительной инфраструктуры с учетом критериев живучести и изменяющегося во времени прочностного и эксплуатационного ресурса”.

Степень разработанности проблемы. Многолетними усилиями отечественных и зарубежных научных школ строительного материаловедения – С.Н. Алексеев, Е.А. Гузеев, Ф.М. Иванов, С.Н. Леонович, В.М. Москвин, Н.К. Розенталь, Л.Я. Цикерман, C. Atkins, M.F. Dan, A. C. Estes, T. Hakkinen, V. Hogg, K.-Y.Lin, M.B. Roberts и др. – сегодня достигнут высокий уровень развития теории коррозии бетона и арматуры.

С другой стороны, значимые достижения имеются в теории силового сопротивления железобетона. В странах СНГ они связаны, главным образом, с работами В.М.Бондаренко, П.И. Васильева, Г.А.Гениева, Н.И.Карпенко, В.И. Мурашева, Е.Н. Пересыпкина и их последователей. В том числе, в технической теории сцепления арматуры с бетоном широко известны труды А.А. Веселова, А.А. Оатула, М.М. Холмянского, T. Kanakubo, B. Martin-Perez, T. Rabczuk, A. Yasojima и др.

Междисциплинарный характер и системность проблем обусловили ограниченность предложений по развитию механики железобетона с коррозионными повреждениями (В.М. Бондаренко, И.Г. Овчинников, А.И. Попеско, A. Castellani, D. Coronelli и др.). До сих пор мало исследованы особенности коррозионного сцепления арматуры с бетоном (J. Rodriguez, H. Schlune). В ущерб надежности проектных решений комплексный подход к оценке сопротивления железобетонных элементов силовым и агрессивным средовым воздействиям заменяется преимущественно решением задач частного вида (А.А. Землянский, Л.М. Пухонто, Б.А Ягупов, G. Horrigmoe и др.).

Целью работы является разработка инженерно-ориентированного метода оценки эксплуатационного состояния, несущей способности, а также проектного или остаточного ресурса коррозионно-поврежденных изгибаемых железобетонных элементов.

Объектом исследования являются изгибаемые железобетонные элементы с нормальными трещинами, эксплуатируемые в условиях агрессивной среды.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

  • Комплексный анализ существующих экспериментальных и теоретических исследований изменения характеристик бетона, арматуры и их контактного взаимодействия, прочности и жесткости изгибаемых железобетонных элементов под воздействием агрессивных сред природного и техногенного происхождения.
  • Разработка диахронной модели деформирования, методики оценки эксплуатационного и предельного состояний изгибаемых поврежденных коррозией железобетонных элементов различного профиля с поперечными трещинами.
  • Разработка методики прямого численно-аналитического определения проектного ресурса вновь возводимых и остаточного ресурса эксплуатируемых изгибаемых железобетонных конструкций.
  • Верификация диахронной модели путем систематического сопоставления расчетных результатов с экспериментальными данными.
  • Практическое использование предлагаемой методики для расчетного обоснования проектов строительства и реконструкции железобетонных конструкций.
  • Разработка рекомендаций по совершенствованию оценок эксплуатационных и предельных состояний изгибаемых железобетонных элементов, работающих при совместном действии силовых нагрузок и агрессивной окружающей среды.

Научную новизну диссертации составляют:

  • Диахронная модель сопротивления нетрещиностойких изгибаемых железобетонных элементов различного профиля с коррозионными повреждениями;
  • Методика прямого численно-аналитического определения проектного ресурса вновь возводимых и остаточного ресурса эксплуатируемых изгибаемых железобетонных конструкций;
  • Оценка несущей способности и долговечности железобетонных изгибаемых элементов при различных схемах и уровнях деградации свойств бетона, арматуры и их контакта.

Практическое значение и реализация полученных результатов.

Разработаны предложения по уточнению прочностных и деформационных расчетов железобетонных конструкций, работающих при совместном действии силовых нагрузок и агрессии окружающей среды.

Результаты выполненных исследований внедрены в проектах реконструкции двух производственных объектов – Камского целлюлозно-бумажного комбината (г. Краснокамск Пермской области) и Каменской бумажно-картонной фабрики (г. Кувшиново Тверской области).

Материалы диссертационной работы используются в специальном курсе железобетонных конструкций для магистрантов, а также при дипломном проектировании на кафедре строительных конструкций и материалов Инженерно-строительного факультета СПбГПУ.

Практическая значимость работы подтверждается грантами Правительства Санкт-Петербурга для аспирантов по направлению «Строительство и архитектура» (ПСП №10491, 2010 г. и ПСП №11391, 2011 г.).

Достоверность результатов исследований подтверждается:

  • физическим соответствием полученных результатов моделируемым процессам и явлениям;
  • качественной и количественной сходимостью расчетных прогнозов с экспериментальными данными;
  • согласием в области возможного сопоставления результатов расчета с частными решениями по ранее предложенным методикам;
  • положительными экспертными оценками специалистов в области механики железобетона, полученными при обсуждении работы на научных конференциях и семинарах.

Апробация и публикация работы:

Основные результаты исследований были доложены и обсуждены на:

  • ежегодных международных научно-практических конференциях “Неделя Науки СПбГПУ” в 2007-2011 гг.;
  • 7-ой международной конференции «Новые идеи нового века - 2007». Тихоокеанский Государственный Университет, Хабаровск, 2007;
  • II и III международных конференциях «Проблемы современного бетона и железобетона», БелНИИС, Минск, 2009, 2011;
  • международной научно-технической конференции “Строительная наука - 2010. Теория, практика, инновации северо-арктическому региону”, Северный (Арктический) Федеральный университет, г. Архангельск, 2010;
  • расширенном заседании кафедры железобетонных и каменных конструкций СПбГАСУ.

По теме диссертации опубликовано 14 научных статей, из них 3 в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка литературы из 116 наименований, 1 приложения. Общий объем составляет 146 страниц машинописного текста, в том числе 70 рисунков, 8 таблиц.

Во введении обоснована актуальность проводимых исследований, сформулированы цель и задачи, научная новизна и практическая значимость диссертационной работы.

В первой главе выполнен анализ современного состояния исследований долговечности бетона и коррозии стальной арматуры в бетоне, рассмотрены вопросы нарушения контакта арматуры с бетоном, в том числе, в условиях коррозии, представлена ретроспектива моделей силового сопротивления изгибаемых железобетонных элементов с трещинами, а также моделей деформирования и методов расчета коррозионно-поврежденных железобетонных элементов.

Вторая глава диссертации посвящена экспериментальным основам работы изгибаемых железобетонных элементов и разработке диахронной модели сопротивления коррозионно-поврежденных изгибаемых железобетонных элементов с трещинами.

В третьей главе представлены параметрический анализ диахронной модели с определением ее области применения, а также результаты комплексной верификации модели.

В четвертой главе описана методика оценки долговечности изгибаемых железобетонных элементов с трещинами с позиций диахронной модели. Даны практические рекомендации по прогнозированию состояния изгибаемых железобетонных элементов при совместном действии силовых нагрузок и агрессии окружающей среды.

II. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Разработана диахронная модель деформирования коррозионно-поврежденных железобетонных элементов нормальными трещинами.

Рассматривается напряженно-деформированное состояние изгибаемого железобетонного элемента с симметричным в плоскости нагружения поперечным сечением S и двойным армированием. В случае поперечного изгиба влияние изгибающего момента M и продольного усилия N является превалирующим. Образование и развитие системы нормальных трещин в растянутой зоне бетона происходит при достижении момента трещинообразования Mcrc. Преимущественно трещины располагаются на примерно одинаковом расстоянии Lcrc = 2L одна от другой, имеют почти одинаковую глубину hcrc и ширину раскрытия acrc (рис. 1).

 Схема элемента при силовых и-0

Рис. 1. Схема элемента при силовых и коррозионных воздействиях

Далее изгибаемый элемент рассматривается детерминировано как регулярная контактная система деформируемых блоков, разделенных равноотстоящими трещинами изменяемого шага. Смежные блоки взаимодействуют в области сохраняющего сплошность бетона, а также посредством сжатой A's и растянутой As стержневой арматуры. При этом напряженно-деформированное состояние нетрещиностойкого элемента является циклически симметричным относительно характерных сечений двух типов: с трещинами (l=±L) и равноудаленных от смежных трещин-близнецов (l=0). При таком подходе проблема определения напряженно-деформированного состояния элемента сводится к решению задачи для симметричной половины характерного блока (рис. 2).

Рис. 2. Расчетный блок с эпюрами: а) перемещений, б) относительных деформаций, в) внутренних усилий

Вследствие циклической симметрии в сечении с трещиной (l=±L) принимается линейным по высоте сечения изменение продольных перемещений Ub(y) в зоне сплошного бетона, а также их линейная связь с осевыми перемещениями продольной арматуры Us

(1)

Ширина раскрытия трещины acrc равна удвоенному смещению арматуры относительно бетона в сечении с трещиной Us-Ubt=0,5acrc=gL. В центральном сечении (l=0) расчетного блока принимается линейное распределение по высоте элемента h продольных относительных деформаций бетона:

(2)

Деформации сжатой арматуры и (см. обозначения на рис. 2) принимаются равными деформациям сжатого бетона, соответственноb и вплоть до достижения предельной сжимаемости бетона b ul.В центральном сечении деформации растянутой арматуры и растянутого бетона считаются совместными только до =btR. После >btR, имея в виду образование при стесненных деформациях системы неслитных микротрещин, используется условный прием: совместность деформаций растянутой арматуры и бетона нарушается при ограничении максимальных деформаций арматуры =s,el.

Следуя рекомендациям действующих СНиП, для растянутой и сжатой стержневой арматуры при ММult принимается линейно-упругий закон деформирования. Работа бетона в условиях одноосного напряженного состояния описывается расчетной диаграммой деформирования:, где =1/2bR (=1/2btR) – характеристика нелинейных деформаций, bR и btR– деформации при пиковых напряжениях Rb и Rbt.

 К определению смещений крайнего-13
Рис. 3. К определению смещений крайнего сжатого волокна бетона

Эпюра относительных деформаций крайнего сжатого волокна бетона b(l) представляется состоящей из двух частей: прямоугольной с высотой
(- деформации сжатого бетона в сечении l=0) и криволинейно-треугольной с высотой при l=L (рис. 3). Аналогичный прием использован для оценки деформаций растянутой арматуры по длине блока. При этом учитывается мнение ряда исследователей (в частности, Ю.П. Гущи, Е.Н. Пересыпкина), что, в отличие от площади, вид функции сцепления арматуры с бетоном мало влияет на значения относительных деформаций бетона b и арматуры s в сечении с трещиной и на высоту сжатой зоны Hc.

Таким образом, для оценки перемещений Ub и Us имеем функциональные зависимости:(3), (4), где:
, – коэффициенты полноты эпюр b(l) и s(l).

Рис. 4.Зонирование бетона у поверхностей элемента ( – обобщенная характеристика)


Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.